定常系统

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主要项目:广义速度

在三维空间里,一个质量为、速度为的粒子的动能是

速度是位置对于时间的导数。应用偏微分连锁律,可以得到

其中,是第个广义坐标,是对应的广义速度。

所以,

将方程展开,动能可以分为三个项目表示:

其中,

分别为广义速度的0次、1次、2次齐次函数。如果这系统是定常系统,位置不显性地含时间,,则只有不等于零。所以,,动能是广义速度的2次齐次函数。

实例1:单摆

单摆单摆

如右图所示,单摆是由一个摆锤与一条绳子组成的简单机械;绳子的上端固定,下端系着摆锤。由于这绳子是无法伸缩的,绳子的长度是常数。所以,这系统是定常系统;它遵守定常约束

其中,是摆锤的位置,是摆长。

实例2:受驱摆

单摆的绳子上端受到简谐运动的驱动。单摆的绳子上端受到简谐运动的驱动。

参考右图,假设一个单摆的绳子上端受到简谐运动的驱动:

这里,是振幅,是角频率,是时间。

由于无法伸缩绳子的长度是常数,摆锤与绳子上端的直线距离保持不变。但是,因为单摆的绳子上端受到简谐运动的驱动,这个受驱摆系统是非定常系统;它遵守非定常约束

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